Robótica y Proyectos STEAM: Desarrollo de la creatividad en las aulas de Educación Primaria

Píxel-BIT Revista de Medios y Educación - 2020 - Nº 58 ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966 ________________ La incorporación en las aulas de los proyectos STEAM y de la robótica es avalada por numerosos estudios que demuestran los efectos positivos en relación con la creatividad y la capacidad de resolver problemas, siendo estas habilidades necesarias para que los individuos puedan enfrentarse a los desafíos del siglo XXI. Este estudio pretende aportar evidencias empíricas sobre el aumento de la capacidad creativa en alumnos y alumnas de 5º y 6º de educación primaria. Para ello, se llevó a cabo un taller que se dividió en dos fases: la primera de ellas consistió en la incorporación en las aulas de los proyectos STEAM y la robótica como herramientas educativas analizando la variable creatividad a través del TestCREA, utilizando para ello un diseño pre-test/posttest; la segunda fase consistió en una competición donde el alumnado tuvo la ocasión de exponer sus proyectos STEAM y sus robot construidos y programados ante un comité de expertos, que evaluaron estos productos a través de los criterios de creatividad definidos por el mismo test. Los resultados obtenidos muestran un aumento significativo de la creatividad y una valoración muy positiva del comité de expertos, confirmando que los productos finales obtenidos por los estudiantes son altamente creativos.. The incorporation of STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts and Mathematics) projects and robotics into the classroom is endorsed by numerous studies. Most of them demonstrate the positive effects in relation with creativity and resolving problems capability, being these abilities necessaries for students to face 21st century challenges. This study tries to bring up empiric evidences about the increase in creativity, through the analysis of the results from an educative workshop developed by 5 and 6th Primary Education. The workshop was divided in two phases: the first one was focused on incorporating STEAM projects and robotics in the classroom as an educative tools. These projects were incorporated in a transversal manner from a constructivist perspective and based on the scientific method. The impact on creativity was analysed through CREA test (using a pre-test and posttest). The second phase consisted in a contest where students presented their STEAM and robots projects. These products were assess by an expert committee using the creativity criteria defined in CREA test (newness, courage, truth and utility). Results show a significant increase on creativity measured through CREA test, and high scores on STEAM and robotics productions assessment, highlighting the opportunity to introduce these tools in primary school classrooms, to develop students’ creativity.. STEAM; robótica educativa; creatividad; educación primaria; tecnología educativa. Recibido: 27-07-2019 | Revisado: 06-11-2019 | Aceptado: 2019-12-02 | Publicado: 01-05-2020 DOI: https://doi.org/10.12795/pixelbit.73672 | Páginas: 51-69 Robótica y Proyectos STEAM: Desarrollo de la creatividad en las aulas de Educación Primaria Robotics and STEAM projects: development of creativity in a Primary School Classroom RESUMEN ABSTRACT PALABRAS CLAVE Dra. Raquel Casado Fernández2 [email protected] Dra. Mirian Checa Romero1 [email protected] 1 Universidad de Alcalá. Departamento de Ciencias de la Educación. Aulario María de Guzmán. Calle San Cirilo, s/n, Alcalá de Henares, Madrid. (España). 2 FORMA ROBOTI-K S.L. Calle González Dávila, 18. Madrid. (España). KEYWORDS STEAM; educative robotics; creativity; primary education; educative technology. __________________ Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación. 2020 - ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966. 52 Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación - Páginas 51-69 _________________________________________________ 1.- Introducción Los cambios sociales y tecnológicos del siglo XXI plantean la necesidad de redefinir los modelos de enseñanza y aprendizaje para potenciar en los estudiantes el desarrollo de capacidades relacionadas con la creatividad y la resolución de problemas, unidas a la adquisición de competencias técnico-científicas que permitan resolver los retos inciertos del futuro. Si partimos de un paradigma constructivista del aprendizaje, consideraremos que aprender significa transformar el conocimiento por parte del alumno. Para ello, deberemos diseñar escenarios de aprendizaje donde el alumno pueda implicarse en sus proyectos de aprendizaje. Si potenciamos Entornos de Aprendizaje Constructivistas EAC (Jonassen, 2008), fomentaremos en los estudiantes la resolución de problemas y su desarrollo conceptual. Los Modelos EAC son propuestas que parten de un problema, pregunta o proyecto como núcleo del entorno donde se ofrece al alumno varios sistemas de interpretación con el fin de resolver el problema y hallar las respuestas a las preguntas formuladas. Uno de los ejemplos de estos Modelos EAC, podrían ser los proyectos STEAM, acrónimo de Sience, Technology, Engineering, Art and Mathematics, basado en el aprendizaje integrado de dichas disciplinas científicas, poniendo el foco principal en la resolución de problemas en situaciones abiertas y no estructuradas, con el fin de generar por parte del alumnado un determinado producto para solventar la situación problemática (Reinking & Martin, 2018; Yakman & Lee, 2012). Es por eso, que en estos casos añadimos una extensión del constructivismo denominado “Construccionismo” (Papert, 1980). Esta perspectiva defiende que el conocimiento es más efectivo cuando el estudiante está involucrado en la construcción de objetos que son significativos para él. En este sentido, se resalta la importancia del aspecto constructivo manual, fomentando así el pensamiento creativo y la construcción de nuevos conocimientos. Por otra parte, estos proyectos, muy ligados a la Robótica y Tecnología Educativa, resultan muy atractivos y motivadores al alumnado, además de que permiten desarrollar los objetivos, contenidos y competencias de las diferentes asignaturas (Arabit-García & Prendes-Espinosa, 2020). La robótica educativa se presenta como un proceso creativo basado en el ensayo-error y como un proceso tecnológico basado en las interacciones entre sociedad, ciencia y tecnología, que se concretan en la programación, construcción y manipulación de una plataforma robótica (García, 2015; Karim, Lemaignan & Mondada, 2015). En este sentido, la robótica educativa es una excelente herramienta educativa que, unida a una 53 Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación - Páginas 51-69 _________________________________________________ __________________ Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación. 2020 - ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966. correcta planificación metodológica, podría mejorar significativamente el aprendizaje de los estudiantes, aumentar su motivación e interés, así como el desarrollo de habilidades de cooperación social, resolución de problemas y habilidades creativas. Por tanto, la robótica educativa es una herramienta perfectamente integrable en un entorno de aprendizaje STEAM. La relación de los Proyectos STEAM con la tecnología y la ingeniería es muy estrecha y, como en estas disciplinas, el fin último es diseñar y llevar a la práctica una solución de un problema a través de la construcción de un objeto técnico, acercando estas disciplinas a priori alejadas, al currículo de la Enseñanza Primaria, adentrando a los alumnos en el denominado Método Científico (Suárez, García, Martínez & Martos, 2018). Para ello, los niños se adentran en un método de investigación, buscando diferentes caminos que guíen el descubrimiento, implicando necesariamente la puesta en práctica del pensamiento lógico. Dicha actividad científica necesita grandes dosis de imaginación y de una actitud crítica ante el problema a resolver para acercarse, de esta forma, a la construcción de conocimiento como si de científicos se tratasen. Incorporar estas herramientas en esta etapa educativa garantiza que los estudiantes sean capaces de utilizar el pensamiento científico a través de su propia experiencia. Por otro lado, también asegura el aspecto manipulativo con los objetos con los que están suficientemente familiarizados, ya que los estudiantes de los últimos cursos de esta etapa (5º y 6º), tal y como nos indicaba Piaget (1978) se encuentran en la etapa de las operaciones concretas de su desarrollo. Se trata, por tanto, de una edad en la que empiezan a poder resolver problemas abiertos o semiabiertos planteados a través de elementos manipulativos, como es el caso de la robótica educativa y los proyectos STEAM (ej: Barker & Ansorge, 2007). Aunque la robótica educativa todavía no cuenta con suficientes investigaciones que demuestran una comprobación empírica suficiente, ya hay numerosos estudiosos que han analizado los cuantiosos beneficios que aportan, en las siguientes áreas: i) rendimiento académico: algunos estudios con metodologías cuantitativas han podido medir la mejora del rendimiento en los alumnos cuando utilizan robots en su aprendizaje (ej.: Barak & Zadok, 2009; Kazakoff, Sullivan & Bers, 2013; Toh. et. al, 2016); ii) interés y motivación: los estudios empíricos aportan datos acerca del interés que despiertan en los estudiantes el trabajo con robots (Mubin et al., 2012); iii) habilidades sociales y de trabajo cooperativo: las revisiones más recientes sobre el estudio de la robótica muestran conclusiones claras sobre los beneficios __________________ Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación. 2020 - ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966. 54 Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación - Páginas 51-69 _________________________________________________ en estas áreas (Mitnik, Nussbaum & Soto, 2008; Owens, Granader, Humphery & Baron-Cohen, 2008). Varney et. al. (2012) muestran que la robótica es una herramienta eficaz para fomentar las habilidades de equipo en los estudiantes, ya que hace que discutan, resuelvan problemas de forma conjunta, trabajen con sus compañeros aportando cada uno lo mejor, generando experiencias de aprendizaje interactivas y atractivas para los niños que les impulsa a colaborar (Chang et al., 2010); iv) creatividad: es importante entender la creatividad como algo más que un factor individual, yendo más allá del genio solitario (Glăveanu, 2010). En la robótica educativa, la creatividad se asocia a los procesos de programación, construcción y manipulación de plataformas robóticas, que fomentan el pensamiento inventivo y la solución creativa de los problemas (Zawieska & Duffy, 2015). En este sentido, existe un segundo foco basado en la creatividad entendida como la “ilusión de la vida” y la utilización de artefactos que realizan una serie de tareas que interactúan con el entorno. En el ámbito escolar, se ha confirmado que los estudiantes de Educación Primaria consiguen un aumento de la creatividad al trabajar con robots (Cavas et al., 2012) y, en relación a los proyectos STEAM, Puig y Bargalló (2017) aportó que arte y robótica forman un paradigma práctico que aporta belleza, alegría, diversión y creatividad mientras se aprenden contenidos curriculares; v) habilidades en la resolución de problemas: la robótica es una herramienta útil para la resolución de problemas (Benitti, 2012; Toh et al., 2016), aunque al analizar los resultados de algunos estudios encontramos algunas contradicciones. En los estudios de Williams, Ma, Prejean & Ford (2007) no consiguieron resultados fiables, mientras que Sullivan (2008), por el contrario, encontró mejoras en las habilidades para resolver problemas al detectar un mayor uso de enfoques eficaces. Por tanto, los proyectos STEAM aúnan dos de las principales metodologías del aprendizaje cooperativo, el aprendizaje basado en proyectos y el aprendizaje basado en problemas (Domingo & Marqués, 2013). En base a una nueva pregunta o reto inicial, se plantea a los estudiantes generar un producto final que, para resolverlo, necesitarán superar diferentes tareas y pruebas, propios del aprendizaje basado en problemas y que genera altas dosis de aprendizaje significativo (Barak & Assal, 2018). Ambas metodologías, por otra parte, llevan implícita la metodología del aprendizaje cooperativo (Domingo & Marqués, 2013), que supondrá nuevas estructuras organizativas en el aula. Con las previsiones y alcances anteriores, emerge la necesidad de formar a las nuevas generaciones en habilidades propias de la robótica y los proyectos STEAM para poder estar preparados para las futuras 55 Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación - Páginas 51-69 _________________________________________________ __________________ Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación. 2020 - ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966. tecnologías que aún están por descubrir. Para ello, será necesario generar contextos innovadores de aprendizaje mucho más interdisciplinares, tecnológicos y creativos. En este sentido, la robótica educativa puede potenciar procesos creativos basados en el ensayo-error a través de procesos tecnológicos donde se conjugan la ciencia, la tecnología y la sociedad, que los estudiantes deberán concretar en la programación, construcción y manipulación de diferentes plataformas robóticas (García, 2015; Karim, Lemaignan & Mondada, 2015). Por tanto, la robótica educativa se integra perfectamente en los entornos de aprendizaje STEAM, aportando cualidades como el interés, la motivación y el rendimiento de los estudiantes (Benitti, 2012; Alimisis, 2013; Mikropoulos & Bellou, 2013). El presente artículo tiene como objetivo examinar las mejoras experimentadas en la creatividad de los estudiantes de un aula de 5º y 6º de primaria, a través de la introducción de la robótica educativa y de los entornos de aprendizaje STEAM. Para ello, se analizan los resultados de un taller de 18 semanas de duración con 57 alumnos de entre 9 y 12 años pertenecientes a un colegio concertado de Móstoles, de la Comunidad de Madrid (España). Para valorar la creatividad se llevó a cabo un doble análisis: por un lado, un diseño cuasi experimental de grupo único con medidas repetidas pre-post-test a través del Test CREA de Inteligencia creativa y, por otro, el análisis de los productos STEAM elaborados por los estudiantes a través de los criterios establecidos por ese mismo Test. El presente artículo se estructura de la siguiente forma: el epígrafe 2 presenta una descripción detallada de los materiales y métodos llevados a cabo para la realización del estudio, el epígrafe 3 presenta la metodología de análisis, así como los resultados obtenidos, el epígrafe 4 presenta la discusión y el epígrafe 5 las conclusiones. 2.- Metodología La finalidad de este estudio fue doble: analizar y constatar mejoras en la creatividad a partir de un taller pedagógico que incorporaba la utilización de proyectos STEAM y robótica, utilizando para ello un diseño pre-test/post-test, con la que se llevó a cabo la evaluación antes y después del taller. Y, en segundo lugar, analizar los productos desarrollados por los estudiantes a través de una competición regulada por un comité de expertos. __________________ Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación. 2020 - ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966. 56 Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación - Páginas 51-69 _________________________________________________ 2.1. Participantes En esta investigación participaron 57 alumnos que pertenecen a quinto y sexto de primaria de un colegio concertado en Móstoles (Madrid), con edades comprendidas entre los 9 y 12 años, de los cuales 27 eran de 5º curso y 30 de 6º curso. Del total de los estudiantes el 54% eran niños y el 46% eran niñas y fueron distribuidos a su vez en 9 grupos de 6-7 estudiantes, buscando la paridad entre las dos clases participantes. Por tanto, se formaron equipos mixtos de trabajo, de tal forma que los estudiantes de 6º ejercieron el rol de “expertos” (puesto que ya era su segundo curso en el programa), mientras que los estudiantes de 5º lo hicieron en el rol de “aprendices” (siendo su primer año en el programa). El profesorado de las asignaturas implicadas estaba presente en el aula, así como el equipo investigador que actuaba como observador participante. Los alumnos que forman parte del estudio fueron seleccionados de manera intencional en base al siguiente criterio: se seleccionó un centro en el que dentro de su proyecto educativo tuviera un programa transversal donde se aplicara la robótica y los proyectos STEAM como instrumentos de aprendizaje. Nuestra intervención se ajustó, por tanto, a la planificación del programa previamente diseñado por el centro. En este programa se respetaba la transversalidad curricular, trabajando contenidos curriculares de diferentes asignaturas implicadas, como la de Matemáticas, Ciencias Naturales, Lengua Española o Plástica. 2.2. Materiales empleados en la intervención Para el desarrollo de esta investigación se utilizaron dos tipos de materiales: por un lado, los proyectos STEAM y, por otro, el material del fabricante VEX IQ® para la programación y construcción de los robots. En relación a los proyectos STEAM, se optó por utilizarlos ya que se trata de proyectos transversales que utilizan la tecnología como nexo de unión, permitiendo incorporar conocimientos curriculares de las materias implicadas. Además, otra de sus características principales, es que posibilita el aprendizaje significativo, permitiendo crear artefactos que simulan la realidad, basándose para ello en la experimentación, lo que supone una herramienta especialmente interesante para utilizarla en el aula. A través de este material, se planteó un reto al alumnado que, distribuido en grupos, debían de darle respuesta, siguiendo el método científico. Dada la naturaleza abierta de estos proyectos, no se impuso ninguna limitación en la utilización de múltiples recursos didácticos, ya que cada grupo podía incorporar aquellos que considerara necesarios para dar respuesta al reto planteado, desde los más tradicionales a los 57 Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación - Páginas 51-69 _________________________________________________ __________________ Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación. 2020 - ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966. más actuales, como la robótica. Como resultado de estos proyectos, se obtuvieron dos productos finales que posteriormente fueron evaluados: i) Cuaderno de campo: espacio donde el alumnado documentó todo el proceso creativo para dar respuesta al reto; ii) Maqueta: simulación de la idea que les permitió contrastar si realmente se estaba dando respuesta al reto planteado. En relación a la construcción y programación de los robots, se utilizó el material proporcionado por VEX IQ (Figura 1), ya que está diseñado para el estudio de la robótica en educación primaria incorporando los cinco pilares básicos de STEAM. Además, este material permite trabajar en equipo en el aula, potenciando la capacidad de resolución de problemas y el liderazgo. Figura 1. Material proporcionado por VEX IQ (Fuente: /www.vexrobotics.com) Para el desarrollo de esta investigación se utilizaron dos materiales específicos: i) Kit de componentes: que incluyen las piezas necesarias para diseñar la estructura del robot, los mecánicos que permiten darle movimiento y la electrónica que facilita la comunicación y el control del robot mediante la programación del mismo; ii) Campo de retos: kit de 32 baldosas cuadradas que permite la creación de un campo de juego de 97 x 49 pulgadas (246 x 124 cm – aprox), donde los robots se moverán según la programación desarrollada por los alumnos y alumnas para resolver los retos planteados. __________________ Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación. 2020 - ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966. 58 Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación - Páginas 51-69 _________________________________________________ La combinación de estos materiales proporciona una oportunidad divertida, atractiva y práctica, para que los niños y niñas puedan explorar y experimentar por sí mismos, pudiendo dar rienda suelta a su imaginación y creatividad, creando así los robots libremente, con el objetivo de dar respuesta a los retos concretos planteados en el aula. 2.3. Procedimiento La intervención fue llevada a cabo en 3 fases principales: planificación, desarrollo del programa y evaluación (Figura 2). Figura 2. Fases del estudio (Fuente: Elaboración propia) 2.3.1. Fase de planificación En esta fase se diferencian tres grandes acciones: La primera acción llevada a cabo fue conseguir la alineación de objetivos entre el profesorado y el equipo investigador a través de diversas reuniones, antes del inicio del curso escolar. La segunda acción consistió en definir el método de trabajo dentro del aula (reparto de equipos de trabajo, duración y fecha de las sesiones y equipo docente participante), así como los sistemas de recogida de datos (una cámara de video y una grabadora de audio por grupo de trabajo). La tercera y última acción que se llevó a cabo fue informar a las familias, para que conocieran de primera mano la existencia del equipo investigador en las aulas, y de cómo esta investigación afectaría al desarrollo de las clases. 59 Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación - Páginas 51-69 _________________________________________________ __________________ Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación. 2020 - ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966. 2.3.2. Fase del Desarrollo del programa El programa estaba dividido, a su vez, en dos subfases: i) La primera de ellas consistió en un taller dividido en 18 sesiones de 50 minutos, en el que los estudiantes utilizaron tanto los proyectos STEAM como la construcción y programación de los robots; ii) la segunda subfase consistió en una competición donde cada equipo mostró su proyecto STEAM y las habilidades de su robot, esta competición se desarrolló en una única sesión de 4 horas. Respecto a la primera subfase, el taller se ejecutó siguiendo la metodología científica, planteando dos retos que los estudiantes debían resolver. El primer reto se llevó a cabo a través de los proyectos STEAM, los estudiantes debían plantear una idea novedosa que permitiese ayudar en las tareas de la vida cotidiana, bajo el lema de “inventos para la comunidad”. Estos retos dieron como resultado dos productos que posteriormente fueron evaluados: por un lado, el cuaderno de investigación y, por otro, una maqueta que ayudó a los estudiantes a materializar su idea. Ambos productos debían dar respuesta a los siguientes ítems: • Tema de investigación: definición del invento de una manera concreta. • Objetivo: definición más extensa de los beneficios que este invento supondría para la vida cotidiana. • Hipótesis: unión del tema de investigación, el objetivo y el cómo se hará, en forma de pregunta. • Estado de la cuestión: a través de la información en distintas fuentes (internet, libros y otros recursos), los niños y niñas argumentaban la viabilidad de su proyecto. Además, en aquellos proyectos que se utilizó la robótica, debían consultar a un experto para verificar su viabilidad. • Plan de acción: debían hacer un guion indicando los pasos necesarios para desarrollar su idea en la vida real. • Contrastar la hipótesis: mediante la construcción de una maqueta, los alumnos y alumnas comprobaron si su idea funcionaba. • Conclusiones: los alumnos y alumnas documentaron los resultados obtenidos tras las comprobaciones realizadas con la ayuda de la maqueta. __________________ Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación. 2020 - ISSN: 1133-8482. e-ISSN: 2171-7966. 66 Píxel-Bit. Revista de Medios y Educación - Páginas 51-69 _________________________________________________ enfrentarse a este nuevo desafío, además de salvar la difícil barrera de la limitación de tiempo impuesta por el sistema educativo actual. Por tanto, utilizar las herramientas mencionadas se convierte en un desafío para las comunidades educativas para que busquen los recursos y el apoyo de las administraciones y que estas metodologías sean validadas para que sean implementadas como una práctica regular en los diferentes ambientes de aprendizaje. No obstante, si el objetivo de la educación es formar a ciudadanos preparados para el futuro, la aplicación de estas herramientas en las aulas debe convertirse en una realidad. Referencias bibliográficas Acuña Zúñiga, A. L. (2012). Diseño y administración de proyectos de robótica educativa: lecciones aprendidas. Teoría de la Educación. Educación y Cultura en la Sociedad de la Información, 13(3), 6-27. Recuperado de https://bit.ly/2OUUDBU Alimisis, D. (2013) Educational robotics: open questions and new challenges. Themes in science & technology education, 6(1), 63-71. Recuperado de https://bit.ly/2rtKPXq Arabit-García J. & Prendes-Espinosa, Mª. P. (2020). 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